05.05.2026 by Aileen Sammler
A termogravimetria encontra o hidrogênio (Parte 3): Investigando as reações redox de Cu e CuO em atmosferas de hidrogênio
Saiba como as reações redox cíclicas de CuO/Cu podem ser analisadas por um TGA NETZSCH para avaliar os mecanismos de reação, a reversibilidade e a estabilidade do material a longo prazo.
A termogravimetria encontra o hidrogênio
O hidrogênio é um elemento fundamental para a energia sustentável e para os conceitos de processo, especialmente em alta temperatura e no desenvolvimento de materiais.
Na Parte 1 da nossa série de blogs "Thermogravimetry Meets Hydrogen", apresentamos os fundamentos da análise termogravimétrica compatível com hidrogênio e explicamos por que as atmosferas de hidrogênio controladas são essenciais para o estudo de materiais relacionados ao hidrogênio.
Na Parte 2concentramo-nos na redução do Fe2O3 sob diferentes concentrações de H2.
Nesta Parte 3, o próximo passo é aplicar a mesma metodologia a um sistema de óxido de metal com vias de reação bem definidas: o par redox CuO/Cu. Esse exemplo ilustra claramente como a análise termogravimétrica sob hidrogênio pode ser usada para avaliar a estabilidade redox de longo prazo, a reversibilidade e os efeitos de degradação sob condições relevantes para a aplicação.
Por que CuO/Cu é uma referência forte?
Os óxidos metálicos redox-ativos têm sido amplamente utilizados como materiais modelo na pesquisa de hidrogênio. Nossa nova nota de aplicação demonstra o comportamento redox cíclico bem estabelecido do sistema de óxido de cobre (CuO/Cu) sob hidrogênio.
A redução e a OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação gradual dos óxidos de cobre são amplamente descritas na literatura e frequentemente usadas como sistema de referência em estudos sobre looping químico, armazenamento de energia e processos termoquímicos.
Os trabalhos publicados destacam como a ciclagem redox repetida pode levar a mudanças estruturais e cinética alterada em condições isotérmicas e não isotérmicas (por exemplo, Chen et al., 2024; Cerciello et al., 2024), bem como a cinética de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação de materiais à base de cobre(Jahromy et al., 2019).
A NETZSCH instrumentação utilizada
Todos os experimentos descritos no estudo foram realizados usando o NETZSCH STA 509 Jupiter® em combinação com o dispositivo de segurança Caixa de segurança H₂Secure
Essa configuração permite a operação segura em atmosferas de hidrogênio, garantindo condições experimentais estáveis e reproduzíveis durante a troca repetida de gás.
A configuração suporta:
- Fluxo de gás definido para a amostra
- Monitoramento contínuo das condições do processo
- Purga automatizada de gás inerte para manter cenários seguros
- Monitoramento da pressão para evitar condições operacionais anormais.
Isso torna o sistema particularmente adequado para experimentos de ciclo redox de longo prazo.
O que o experimento mostra: Redução estável, mudança de OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação
O experimento apresentado faz o ciclo do CuO a 500°C, alternando entre:
- 100% de hidrogênio para redução e
- ar sintético (21% O₂) para OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação.
O sinal termogravimétrico revela dois comportamentos distintos:
Aredução permaneceu totalmente reprodutível em todos os ciclos.
A perda de massa durante a redução foi de aproximadamente 20,1%, o que está em excelente concordância com o valor teórico de 20,11% para a redução completa de CuO a cobre metálico. Após a redução, a amostra se estabilizou em 79,9% de massa, ciclo após ciclo.
No entanto, a OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação diminuiu gradualmente em ciclos sucessivos.
O aumento de massa relacionado à OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação caiu de 20,1% no primeiro ciclo para 19,0% e depois para 18,2%.
A nota de aplicação sugere que esse comportamento pode ser atribuído a efeitos de passivação da superfície ou aglomeração de partículas, que limitam o acesso ao oxigênio e reduzem a integridade da OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação ao longo do tempo.
Essas mudanças sutis são essenciais para aplicações reais de hidrogênio. Elas se tornam visíveis somente por meio da análise termogravimétrica cíclica.
Saiba mais na nota de aplicação completa
as condições experimentais detalhadas, as curvas e as interpretações estão disponíveis aqui:
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